Микропроцессорные системы (мп системы)
I. Основные понятия о системах
МП-системы включают в себя:
МП, ГТИ, ЗУ команд (ПЗУ), ЗУ данных (ОЗУ), набор вспомогательных микросхем, обеспечивающих взаимодействие МП с внешними устройствами (контроль, измерение и управление).
МПС могут быть:
общего назначения (МПС ОН)
специализированные (МПС СН)
МПС ОН - это МКЭВМ, то есть конструктивно завершенное универсальное вычислительное устройство, имеющее собственный источник питания, панель управления, комплект программного обеспечения.
МПС СН называют еще МК - микроконтроллерами.
МК решают, как правило, только задачи контроля или управления по одному и тому же алгоритму, то есть упрощенная МКЭВМ без собственного источника питания.
МК могут быть встроены в отдельные приборы, аппараты и оборудование. Это обеспечивает создание полностью автоматизированных устройств и процессов.
МПС СН могут заменять аппаратурные логические схемы (схемы логического умножения, триггеры, дешифраторы, счетчики и т.д.). В этом случае программа работы МП системы моделирует структуру связей между отдельными логическими элементами в аппаратных логических схемах.
МПС возникли как следствие совершенствования аппаратурных цифровых схем управления, а не в результате развития вычислительной техники обычного применения.
Типовой вычислительный процесс в системах любого типа может быть организован с помощью трех функциональных устройств:
обрабатывающего;
управляющего;
запоминающего;
Совокупность обрабатывающего и управляющего устройств, реализованное в виде одной или нескольких БНС, называется МП (микропроцессором).
Микропроцессор осуществляет запрограммированную обработку информации.
Конструктивно управляющая МПС может быть выполнена в виде четырех модулей. В эти модули помимо основных функциональных блоков входят ряд вспомогательных элементов.
Модуль ПЗУ может хранить комманды и константы.
Модуль ОЗУ может хранить числа (операнды), а в МКЭВМ и комманды.
Модуль вода/вывода является специфическим для управляющих систем и содержит узлы, позволяющие общаться с внешними (переферийными) устройствами (датчиками и исполнительными механизмами).
Все модули связаны между собой набором шин. Шина - это набор из нескольких проводов для передачи информации. Так как набор шин один для всей системы, то передача информации от разных модулей может производиться только в разные моменты времени.
Каждый модуль может быть выполнен в виде отдельной печатной платы с напаянными на нее корпусами ИМС. В этом случае МПС называется многоплатной. Все модули могут быть смонтированы на одной печатной плате -одноплатная МПС. Если все модули выполняются в одном корпусе ИМС, то МПС называетсяоднокристальной.
II. Обобщенная структура мп системы
Я
дром
системы являетсяМП, который
производит обработку поступающих
сигналов.
Темп обработки задается ГТИ, который называется таймером.
Цепь начального запускаслужит для того, чтобы включить систему в работу только после полного установления напряжения питания на выходах МП при его включении.
Арифметический расширительпозволяет ускорить выполнение некоторых арифметических или логических операций микропроцессором.
Периферийные устройства,работающие с системой могут быть многочисленными. Например, накопитель МД, служит для долговременного хранения больших массивов информации.
Дисплейиклавиатуранужны для общения системы с оператором.
Инженерный пультпозволяет выявлять причины отказов в работе и налаживать систему.
С помощью набора шинМП обменивается информацией с двумя большими группами ВУ (внешних устройств):
Периферийные;
Устройства памяти;
К устройствам памяти относятсяПЗУиОЗУ.
Обмен информацией производится через устройство сопряжения - интерфейс (ИФ). Он содержит две части: общую для всех ВУ и индивидуальную - для каждого ВУ отдельно. Индивидуальную часть ИФ относящуюся к периферийным устройствам называют устройством ввода/вывода. В простейшем случае, когда индивидуальная часть ИФ представляет собой РП (регистр памяти), она называется портом.
Функции ИФ разнообразны и они могут меняться при изменении назначения системы и состава ВУ. Наиболее часто ИФ выполняет следующие функции:
усиление электрической мощности сигнала;
временное запоминание информации;
инвертирование сигнала для логического согласования работы отдельных блоков;
дешифрация кодов для обращения к какому-либо отдельному блоку;
синхронизация работы МП с выбранным блоком.
Кроме аппаратной части, ИФ включает в себя также алгоритмы и сигналы, управляющие обменом информации между МП, периферийными устройствами ПУ, устройствами памяти. То есть интерфейс определяет состав шин связывающих отдельные устройства между собой, назначение каждого отдельного провода в шине и режимы ввода и вывода информации.
Интерфейсные устройства подразделяются на два класса:
Параллельные;
Последовательные;
Параллельные ИФобеспечивают передачу информации с шины на шину сразу по всем линиям, если количество линий в шинах одинаково.
Последовательные ИФпередают информацию с шины на шину с разным количеством линий. В частности, одна из шин может иметь всего одну линию. Последовательные ИФ работают в режиме с разделением времени, когда информация передается в несколько приемов. Эти ИФ снижают быстродействие системы, однако, позволяют сократить число линий ввода/вывода.
В зависимости от конструкции системы, часть узлов ИФ может входить в состав МП, вообще отсутствовать или их функции могут выполняться программным путем.
Шины, в зависимости от направления потоков информации, по отношению к МП могут быть входные, выходные и двунаправленные.
Наиболее часто используется один из двух наборов шин. Первый набор содержит три шины: выходную шину адресов, двунаправленную шину управления и двунаправленную шину данных.
Второй набор содержит пять шин: выходную шину данных, входную шину данных, двунаправленную шину управления, выходную шину адресов и выходную шину данных из периферийных устройств.
Второй набор шин усложняет коммутацию устройств, но зато повышает быстродействие системы, так как в ней одновременно может передаваться информация из всех трех основных устройств: МП, устройств в памяти и ПУ.